CN117232771B - 一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风洞喷管领域，公开了一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置和方法，其中所述出口角度调节装置是通过在框架与柔性壁板出口之间设置高度调节组件、角度调节组件和轴向调节组件，实现喷管出口柔性壁板角度调节，同时对角度调节引起的高度和轴向长度变化进行补偿，解决了喷管出口角度调节困难、调节效率低等问题；进而提高大型风洞柔壁喷管型面调节能力，改善风洞流场品质。

Description

一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置和方法

技术领域

本发明涉及风洞柔壁喷管控制领域，具体讲是一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置和方法。

背景技术

在风洞柔壁喷管控制领域中，为提高大型跨超声速风洞内气流速流场均匀性和气流偏角，在不同马赫数范围，需要对柔壁喷管出口角度进行精确调节。角度调节的同时，需要对另外两个方向进行补偿，以确保壁面高度方向不出现台阶，轴线方向不出现缝隙，以免影响流场品质。

对于小型风洞，往往通过调整柔壁喷管出口垫板的方式，实现角度调整以及另外两个方向的补偿。但是大型风洞柔壁喷管，由于出口尺寸较大，调整垫板方式不仅工作量大、效率低，而且重复拆装容易造成连接件损坏。现有大型风洞柔壁喷管出口一般采用固定角度方式，通过牺牲一定流场品质方式，降低安装难度。

而随着先进飞行器的发展，新型飞行器研发过程中对风洞尺寸和流场品质都提出了极高的要求，采用固定角度方式已经不能够满足要求。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置和方法，其中出口角度调节装置是通过在框架与柔性壁板出口之间设置高度调节组件、角度调节组件和轴向调节组件，实现喷管出口柔性壁板角度调节，同时对角度调节引起的高度和轴向长度变化进行补偿，解决了喷管出口角度调节困难、调节效率低等问题；进而提高大型风洞柔壁喷管型面调节能力，改善风洞流场品质。

一方面，本发明提供了一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置，包括安装在喷管出口端柔性壁板的

高度调节组件，用于调节所述柔性壁板的高度，该高度调节组件的上端与喷管框架铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；

角度调节组件，用于调节所述柔性壁板的倾斜角度，该角度调节组件上端与所述喷管框架铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；以及

轴向调节组件，用于调节所述柔性壁板的轴向位移，该轴向调节组件上端与所述喷管框架铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；

所述高度调节组件、角度调节组件和轴向调节组件沿柔性壁板的宽度方向布置。

可选的，所述高度调节组件包括沿所述柔性壁板的高度方向布置的第一伸缩件，该第一伸缩件的两端分别铰链连接于所述喷管框架和所述柔性壁板的内壁。

可选的，所述角度调节组件包括沿所述柔性壁板高度方向布置的第二伸缩件和第三伸缩件，其中第三伸缩件靠近喷管出口，所述第二伸缩件远离所述喷管出口；

所述第三伸缩件的上端与所述喷管框架铰链连接，下端与第二铰链座铰链连接，该所述第二铰链座与所述柔性壁板固定连接，所述第二铰链座具有沿柔性壁板轴向延伸的延伸部；

所述第二伸缩件的上端与所述喷管框架铰链连接，下端与所述第二铰链座的延伸部铰链连接。

可选的，所述轴向调节组件包括第四伸缩件、第五伸缩件和第三铰链座，

所述第三铰链座沿轴向布置并与所述喷管框架固定连接，该第三铰链座的远离喷管口端具有向所述柔性壁板延伸的安装部；

所述第四伸缩件沿轴向布置，一端与所述安装部铰链连接，另一端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；

所述第五伸缩件沿所述柔性壁板的高度方向布置，上端与所述第三铰链座铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接。

可选的，所述第一伸缩件、第二伸缩件、第三伸缩件、第四伸缩件和第五伸缩件为螺杆组件或伸缩缸。

可选的，所述螺杆组件包括正向螺纹杆、反向螺纹杆和螺纹套筒，所述正向螺纹杆和反向螺纹杆分别安装于所述螺纹套筒的两端，并通过螺纹适配；在螺纹套筒的上方设置有安装于正向螺纹杆的正向锁紧螺母，在螺纹套筒的下方设置有安装于反向螺纹杆的反向锁紧螺母，通过两个锁紧螺母对螺纹套筒进行锁紧，在需要调节时，松开两个锁紧螺母，在调节完成后，通过两个锁紧螺母锁定螺纹套筒，防止其转动。

所述正向螺纹杆与上部执行件铰链连接，所述反向螺纹杆与下部执行件铰链连接，所述上部执行件为喷管框架或第三铰链座，所述下部执行件为柔性壁板或第二铰链座。

另一方面，本发明提供了一种大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法，通过所述一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置进行调节，具体调节方法包括如下步骤：

根据大型风洞内的马赫数，通过角度调节组件调节位于喷管出口的柔性壁板的倾斜角度；

通过高度调节组件调节所述柔性壁板的高度，该高度的值由调节所述柔性壁板倾斜角度时引起所述柔性壁板的高度变化来确定；

通过轴向调节组件调节所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，该间隙的值由调节所述柔性壁板倾斜角度时引起的柔性壁板与试验段壁板之间的间隙变化来确定。

进一步的，所述角度调节组件调节柔性壁板的倾斜角度的方法包括：

当需要缩小所述柔性壁板的倾斜角时，则伸长所述第二伸缩件，

当需要增加所述柔性壁板的倾斜角时，则缩短所述第二伸缩件。

进一步的，所述第二伸缩件在完成伸长后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变小，所述柔性壁板的高度会增大；

通过伸长所述第四伸缩件来扩大柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，并扩大至设计要求；通过缩短所述第一伸缩件、第三伸缩件和第五伸缩件来缩小柔性壁板的高度，并缩小至设计要求。

进一步的，所述第二伸缩件在完成缩短后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变大，所述柔性壁板的高度会降低；

通过缩短所述第四伸缩件来减小柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，并减小至设计要求；通过伸长所述第一伸缩件、第三伸缩件和第五伸缩件来增加柔性壁板的高度，并增加至设计要求。

本发明具有如下优点：

本发明容易实现，解决了喷管出口角度调节困难、调节效率低等问题；通过对喷管出口高度、角度、轴向长度三个自由度联动调节，实现精确的角度调节。同时，相比与单自由度的角度调节机构，避免了出口角度调节过程中引起的其他两个方向的改变，从而降低了喷管与试验段之间的阶差和间隙，有利于提高喷管型面成型效果，改善气流流场品质。

附图说明

图1是本发明所述用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置安装于喷管框架和柔性壁板示意图；

图2是本发明所述高度调节组件的结构示意图；

图3是本发明所述角度调节组件的结构示意图

图4是本发明所述角度调节组件中第二铰链座的结构示意图；

图5是本发明所述轴向调节组件的立体结构示意图；

图6是本发明所述轴向调节组件中第三铰链座的结构示意图；

图7是本发明所述螺杆组件的结构示意图；

图8是本发明所述大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法的流程示意图；

图中：1、喷管框架；2、柔性壁板；3、高度调节组件； 4、角度调节组件；5、轴向调节组件；6、第三铰链座；61、框架连接部；62、安装部；7、第五伸缩件；8、第四伸缩件；9、第一铰链座；10、第一伸缩件；11、第二伸缩件；12、第三伸缩件；13、第二铰链座、131、壁板连接部；132、延伸部；100、螺纹套筒；200、正向锁紧螺母；300、反向锁紧螺母；400、正向螺纹杆；500、反向螺纹杆；600、宽度方向；700、轴向方向；800、高度方向。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如背景技术中所述，为提高大型跨超声速风洞内气流速流场均匀性和气流偏角，在不同马赫数范围，需要对柔壁喷管出口角度进行精确调节。角度调节的同时，需要对另外两个方向进行补偿，以确保壁面高度方向不出现台阶，轴线方向不出现缝隙，以免影响流场品质。

对于小型风洞，往往通过调整柔壁喷管出口垫板的方式，实现角度调整以及另外两个方向的补偿。但是大型风洞柔壁喷管，由于出口尺寸较大，调整垫板方式不仅工作量大、效率低，而且重复拆装容易造成连接件损坏。现有大型风洞柔壁喷管出口一般采用固定角度方式，通过牺牲一定流场品质方式，降低安装难度。而随着先进飞行器的发展，新型飞行器研发过程中对风洞尺寸和流场品质都提出了极高的要求，现有的固定角度方式已经不能够满足要求。

基于上述原因，本实施例在此提供了一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置，如图1所示，包括安装在喷管出口端柔性壁板2的

高度调节组件3，用于调节所述柔性壁板2的高度，该高度调节组件3的上端通过连接座与喷管框架1铰链连接，下端通过第一铰链座9与所述柔性壁板2的内壁铰链连接；

角度调节组件4，用于调节所述柔性壁板2的倾斜角度，该角度调节组件4的上端与所述喷管框架1铰链连接，下端与所述柔性壁板2的内壁铰链连接；以及

轴向调节组件5，用于调节所述柔性壁板2的轴向位移，该轴向调节组件上端与所述喷管框架1铰链连接，下端与所述柔性壁板2的内壁铰链连接；

所述高度调节组件3、角度调节组件4和轴向调节组件5沿柔性壁板的宽度方向布置。

通过上述技术特征解决了喷管出口角度调节困难、调节效率低等问题；进而提高大型风洞柔壁喷管型面调节能力，改善风洞流场品质。通过在框架与柔性壁板出口之间设置高度调节组件、角度调节组件和轴向调节组件，实现喷管出口柔性壁板角度调节，同时对角度调节引起的高度和轴向长度变化进行补偿。

所述高度调节组件、角度调节组件和轴向调节组件均为四组，相互间隔布置，如图1所示，在图1中附图标记为600所指的具有双向箭头的直线是指宽度方向，附图标记为700所指的具有双向箭头的直线为轴向方向，附图标记为800所指的具有双向箭头的直线为高度方向。

为了更好的实现调节所述柔性壁板2的倾斜角度，如图3和图4所示，在一实施例中，所述角度调节组件4包括沿所述柔性壁板高度方向布置的第二伸缩件11和第三伸缩件12，其中第三伸缩件12靠近喷管出口，所述第二伸缩件11远离所述喷管出口；

所述第三伸缩件12的上端通过连接座与所述喷管框架1铰链连接，下端与第二铰链座13铰链连接，该所述第二铰链座13与所述柔性壁板2固定连接，所述第二铰链座13包括壁板连接部131和沿柔性壁板轴向延伸的延伸部132，该延伸部为悬梁结构（如图4所示）；

所述第二伸缩件11的上端通过连接座与所述喷管框架1铰链连接，下端与所述第二铰链座13的延伸部132铰链连接。

在使用时，当需要缩小所述柔性壁板的倾斜角时，则伸长所述第二伸缩件11，所述第二伸缩件在完成伸长后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变小，所述柔性壁板的高度会增大；当需要增加所述柔性壁板的倾斜角时，则缩短所述第二伸缩件；所述第二伸缩件在完成缩短后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变大，所述柔性壁板的高度会降低。

为了弥补调节所述柔性壁板倾斜角度时引起所述柔性壁板的高度变化，如图2所示，在一实施例中，所述高度调节组件3包括沿所述柔性壁板2的高度方向布置的第一伸缩件10，该第一伸缩件10的上端通过固定连接于喷管框架1的铰链座铰链连接，而第一伸缩件10的下端通过固定连接于柔性壁板内壁的第一铰链座9铰链连接。

在使用时，通过第一伸缩件的伸缩移动来改变柔性壁板与喷管框架的距离，从而实现对柔性壁板高度的调节，使得出口高度恢复至设计高度。

为了弥补调节所述柔性壁板倾斜角度时引起的柔性壁板与试验段壁板之间的间隙变化，如图5和图6所示，在一实施例中，所述轴向调节组件5包括第四伸缩件8、第五伸缩件7和第三铰链座6，

所述第三铰链座6沿轴向布置并与所述喷管框架1固定连接，该第三铰链座6包括框架连接部61和安装部62，所述框架连接部61与所述喷管框架固定连接，所述安装部62位于所述连接部的下方并远离喷管出口（如图6所示），该安装部62与连接点之间在轴向方向保持有用于轴向安装第四伸缩件8的距离，所述连接点是轴向调节组件与所述柔性壁板之间的连接点；

所述第四伸缩件8沿轴向布置，一端与所述安装部62铰链连接，另一端与所述柔性壁板2的内壁铰链连接；

所述第五伸缩件7沿所述柔性壁板2的高度方向布置，上端与所述第三铰链座6铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接。其中所述第四伸缩件8的靠近喷管出口端与第五伸缩件7远离喷管框架端通过铰接连接方式与一个第一铰接座连接（如图5所示），该第一铰接座与所述柔性壁板的内壁固定连接。

在使用时，所述第一伸缩件10、第三伸缩件12和第五伸缩件7的伸缩移动，来适应柔性壁板在高度方向的变化，由于相邻柔性壁板之间的间隙改变，所以通过第四伸缩件8的伸缩移动来改变相邻柔性壁板之间的间隙，实现消除出口位置柔性壁板与试验段壁板之间的间隙。

可选的，所述第一伸缩件10、第二伸缩件11、第三伸缩件12、第四伸缩件8和第五伸缩件7为螺杆组件或伸缩缸。

示例性的，如图7所示，所述螺杆组件包括正向螺纹杆400、反向螺纹杆500和螺纹套筒100，所述正向螺纹杆400和反向螺纹杆500分别安装于所述螺纹套筒100的两端，并通过螺纹适配；在螺纹套筒100的上方设置有安装于正向螺纹杆400的正向锁紧螺母200，在螺纹套筒100的下方设置有安装于反向螺纹杆500的反向锁紧螺母300；

所述正向螺纹杆400与上部执行件铰链连接，所述反向螺纹杆500与下部执行件铰链连接，所述上部执行件为喷管框架1或第三铰链座6，所述下部执行件为柔性壁板2或第二铰链座13。

在调节时，松开正向锁紧螺母200和反向锁紧螺母300，确保螺纹套筒100可以自由转动，再转动螺纹套筒，通过螺纹套筒与正向螺纹杆400和反向螺纹杆500的相对转动，并在螺纹的作用下，正向螺纹杆400和反向螺纹杆500的距离发生变化，从而实现螺杆组件的伸长或缩小。

在一实施例中，提供了本发明提供了一种大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法，如图8所示，该方法通过所述一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置进行调节，具体调节方法包括如下步骤：

S100、根据大型风洞内的马赫数，通过角度调节组件调节位于喷管出口的柔性壁板的倾斜角度；

S200、通过调节高度调节组件和轴向调节组件对角度调节引起的高度和轴向长度变化进行补偿。

示例性的，通过高度调节组件调节所述柔性壁板的高度，该高度的值由调节所述柔性壁板倾斜角度时引起所述柔性壁板的高度变化来确定；

通过轴向调节组件调节所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，该间隙的值由调节所述柔性壁板倾斜角度时引起的柔性壁板与试验段壁板之间的间隙变化来确定。

示例性的，所述角度调节组件调节柔性壁板的倾斜角度的方法包括：

当需要缩小所述柔性壁板的倾斜角时，则伸长所述第二伸缩件，

当需要增加所述柔性壁板的倾斜角时，则缩短所述第二伸缩件。

示例性的，所述第二伸缩件在完成伸长后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变小，所述柔性壁板的高度会增大；

通过伸长所述第四伸缩件来扩大柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，并扩大至设计要求；通过缩短所述第一伸缩件、第三伸缩件和第五伸缩件来缩小柔性壁板的高度，并缩小至设计要求。

示例性的，所述第二伸缩件在完成缩短后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变大，所述柔性壁板的高度会降低；

通过缩短所述第四伸缩件来减小柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，并减小至设计要求；通过伸长所述第一伸缩件、第三伸缩件和第五伸缩件来增加柔性壁板的高度，并增加至设计要求。

通过上述方法实现喷管出口柔性壁板角度调节，同时对角度调节引起的高度和轴向长度变化进行补偿，解决了喷管出口角度调节困难、调节效率低等问题；进而提高大型风洞柔壁喷管型面调节能力，改善风洞流场品质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置，其特征在于：包括安装在喷管出口端柔性壁板的

高度调节组件，用于调节所述柔性壁板的高度，该高度调节组件的上端与喷管框架铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；

角度调节组件，用于调节所述柔性壁板的倾斜角度，该角度调节组件上端与所述喷管框架铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；以及

轴向调节组件，用于调节所述柔性壁板的轴向位移，该轴向调节组件上端与所述喷管框架铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；

所述高度调节组件、角度调节组件和轴向调节组件沿柔性壁板的宽度方向布置；

所述高度调节组件包括沿所述柔性壁板的高度方向布置的第一伸缩件，该第一伸缩件的两端分别铰链连接于所述喷管框架和所述柔性壁板的内壁；

所述角度调节组件包括沿所述柔性壁板高度方向布置的第二伸缩件和第三伸缩件，其中第三伸缩件靠近喷管出口，所述第二伸缩件远离所述喷管出口；

所述第三伸缩件的上端与所述喷管框架铰链连接，下端与第二铰链座铰链连接，该所述第二铰链座与所述柔性壁板固定连接，所述第二铰链座具有沿柔性壁板轴向延伸的延伸部；

所述第二伸缩件的上端与所述喷管框架铰链连接，下端与所述第二铰链座的延伸部铰链连接；

所述轴向调节组件包括第四伸缩件、第五伸缩件和第三铰链座，

所述第三铰链座沿轴向布置并与所述喷管框架固定连接，该第三铰链座的远离喷管口端具有向所述柔性壁板延伸的安装部；

所述第四伸缩件沿轴向布置，一端与所述安装部铰链连接，另一端与所述柔性壁板的内壁铰链连接；

所述第五伸缩件沿所述柔性壁板的高度方向布置，上端与所述第三铰链座铰链连接，下端与所述柔性壁板的内壁铰链连接。

2.根据权利要求1所述一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置，其特征在于：所述第一伸缩件、第二伸缩件、第三伸缩件、第四伸缩件和第五伸缩件为螺杆组件或伸缩缸。

3.根据权利要求2所述一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置，其特征在于：所述螺杆组件包括正向螺纹杆、反向螺纹杆和螺纹套筒，所述正向螺纹杆和反向螺纹杆分别安装于所述螺纹套筒的两端，并通过螺纹适配；

所述正向螺纹杆与上部执行件铰链连接，所述反向螺纹杆与下部执行件铰链连接，所述上部执行件为喷管框架或第三铰链座，所述下部执行件为柔性壁板或第二铰链座。

4.一种大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法，其特征在于，通过权利要求3所述一种用于大型风洞柔壁喷管的出口角度调节装置进行调节，具体调节方法包括如下步骤：

根据大型风洞内的马赫数，通过角度调节组件调节位于喷管出口的柔性壁板的倾斜角度；

通过高度调节组件调节所述柔性壁板的高度，该高度的值由调节所述柔性壁板倾斜角度时引起所述柔性壁板的高度变化来确定；

通过轴向调节组件调节所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，该间隙的值由调节所述柔性壁板倾斜角度时引起的柔性壁板与试验段壁板之间的间隙变化来确定。

5.根据权利要求4所述一种大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法，其特征在于，所述角度调节组件调节柔性壁板的倾斜角度的方法包括：

当需要缩小所述柔性壁板的倾斜角时，则伸长所述第二伸缩件，

当需要增加所述柔性壁板的倾斜角时，则缩短所述第二伸缩件。

6.根据权利要求5所述一种大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法，其特征在于，所述第二伸缩件在完成伸长后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变小，所述柔性壁板的高度会增大；

通过伸长所述第四伸缩件来扩大柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，并扩大至设计要求；通过缩短所述第一伸缩件、第三伸缩件和第五伸缩件来缩小柔性壁板的高度，并缩小至设计要求。

7.根据权利要求5所述一种大型风洞柔壁喷管的出口角度调节方法，其特征在于，所述第二伸缩件在完成缩短后，所述柔性壁板与试验段壁板之间的间隙会变大，所述柔性壁板的高度会降低；

通过缩短所述第四伸缩件来减小柔性壁板与试验段壁板之间的间隙，并减小至设计要求；通过伸长所述第一伸缩件、第三伸缩件和第五伸缩件来增加柔性壁板的高度，并增加至设计要求。